工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET革新卷煙制絲線的電控系統(tǒng)
卷煙企業(yè)的生產流程,主要是:制絲、卷接、包裝。而制絲線(Prime line)是確保保證卷煙質量穩(wěn)定的生產線,同時制絲線也是的工藝流程最長、工序最繁雜、設備種類最多的生產線。制絲線的自動控制方式,是按葉線、梗線、配比、加香加料等工藝段劃分,先獨立通過PLC掛接現(xiàn)場總線(Fieldbus)的方式完成工藝段的控制,然后再通過以太網(wǎng)(Ethernet)將各工藝段相聯(lián),最終完成相應的數(shù)控采集、監(jiān)控。這種控制模式在當前的卷煙行業(yè)內得到了最廣泛的應用。
2 當前制絲線電控系統(tǒng)簡介及問題分析
2.1卷煙廠制絲線電控系統(tǒng)
制絲線電控系統(tǒng)是卷煙廠制絲生產線的控制核心。系統(tǒng)示意圖如圖1。
圖1 卷煙廠制絲線電控系統(tǒng)示意圖
原電控系統(tǒng)的各個工藝段由PLC、觸摸屏、現(xiàn)場I/O站組成控制系統(tǒng),現(xiàn)場總線將各部件聯(lián)接;現(xiàn)場層與監(jiān)控管理層通過以太網(wǎng)交換機進行聯(lián)接。
在生產現(xiàn)場,各工藝段的PLC負責本工藝段的控制,根據(jù)生產工藝要求,發(fā)送相應控制指令;現(xiàn)場總線傳送指令到達現(xiàn)場I/O站,完成對現(xiàn)場執(zhí)行器件的控制,同時采集現(xiàn)場傳感器的信號,回傳至PLC。觸摸屏顯示相關的生產參數(shù),供現(xiàn)場人員了解生產線狀況,接收現(xiàn)場人員的生產操作命令。
監(jiān)控管理層,交換機通過以太網(wǎng)將現(xiàn)場層與監(jiān)控管理層聯(lián)接。服務器采集現(xiàn)場的生產信息,生成相應報表;監(jiān)控計算機實時監(jiān)控現(xiàn)場生產狀況,并可發(fā)布生產調度計劃。
現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題
在原電控系統(tǒng)中,各工藝段相對獨立,工序固定單一,適合固定產品的大批量生產。但當前卷煙市場競爭激烈,新產品的開發(fā)投產要求工藝技術不斷改進,此時這類電控系統(tǒng)的剛性就暴露無遺。工藝段進行調整時,整個工藝段的電控系統(tǒng)要重新設計;制絲線的整線調整就等同于新建一條生產線。此外,現(xiàn)場觸摸屏的人機界面功能單薄,而且當現(xiàn)場操作觸摸屏出現(xiàn)問題時,其所負責的監(jiān)控的工藝段就無法實現(xiàn)人機交互的功能;更為嚴重的是,當控制系統(tǒng)的集中監(jiān)控計算機停機(包括正常停機和故障停機)時,整條制絲生產線就不能正常生產。整個電控系統(tǒng)結構繁雜、難于維護,無法適應目前先進的柔性生產理念的要求。
新電控系統(tǒng)的設計
控制體系的選擇
卷煙廠的自動化已由簡單的生產車間自動控制、辦公室的計算機使用,延伸到了管理層、控制層、現(xiàn)場層的方方面面。正如菲尼克斯電氣在2004年首次提出信息控制一體化的理念 — 即以實時工業(yè)以太網(wǎng)(Real Time Ethernet)完成企業(yè)內所有設備的聯(lián)接,實現(xiàn)信息流的暢通無阻。在此選用的工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET,正是基于這一理念,由INTERBUS CLUB(由菲尼克斯電氣主導)與PROFIBUS USER ORGANISATION(由西門子主導) 共同推出了。
PROFINET是一個整體的解決方案,它使用TCP/IP和IT標準,符合基于工業(yè)以太網(wǎng)的實時自動化體系。PROFINET能夠實現(xiàn)與現(xiàn)場總線的無縫集成;它可以滿足用于所有客戶需要的統(tǒng)一的通信,將現(xiàn)場總線傳輸現(xiàn)場信息的實時性、使用方便、診斷功能強和經(jīng)濟性的特點,與工業(yè)以太網(wǎng)的多主站、通用性、同時能夠通過采用不同速率來傳輸大數(shù)量信息的特點有機地結合起來。
現(xiàn)場操作員終端的選擇
為更好地實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控,此次選用了PPC 5315工控機(菲尼克斯電氣)。此種型號的工控機滿足了原有的現(xiàn)場顯示需求,同時提供通用的WINDOWS運行平臺,可以同時運行多套主機商開發(fā)的程序;PCI、ISA通用擴展槽、雙以太網(wǎng)口等接口,使通過外接擴展卡增強系統(tǒng)功能異常簡單。另外考慮到工業(yè)現(xiàn)場溫度較高、濕度較大、且粉塵較多、設備工作時震動頻率大,此工控機采用無風扇設計、工業(yè)硬盤且?guī)Х勒鸢惭b裝置??删S護性較好,同時數(shù)據(jù)信息得到良好保護。
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